水泥稳定类基层强度确定及研究.docx

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水泥稳定类基层强度确定及研究

水泥稳定类基层强度确定及研究

水泥稳定类基层强度确定的研究

摘　　要：

国内大部分高速公路路面基层都采用水泥稳定类材料，从路面性能来说，水泥稳定类基层有其独特的优点，如与柔性基层相比，强度高、承载力大、水稳性好、板结性强、原材料易得、能充分利用当地砂石材料，近年来设计、施工单位都积累了大量水泥稳定基层的施工经验。

半刚性基层材料有突出的优点同时也存在一些不足，突出问题是：

当原材料选择不当、混合料配合比设计不当时或水泥用量过大、强度过高、含水量控制不当、施工离散性过大等都容易引起半刚性基层出现收缩裂缝，最终导致沥青面层出现反射裂缝，使路面造成损坏。

本文对水泥稳定类基层强度确定进行了研究。

关键词：

水泥稳定；基层；粉煤灰

1强度确定的原则及方法

水泥稳定类基层的强度随水泥强度增长逐渐增高，其无侧限抗压强度值在1Mpa-10Mpa（7d龄期）。

水泥稳定类基层的强度值选择，应从设计方面、路用性、经济性等方面综合考虑。

1.1交通部标准的规定及解释

《公路路面基层施工技术规范》JTJ034－2000中关于水泥稳定土7d无侧限抗压强度规定见表1

表1水泥稳定土的抗压强度标准

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对于基层：

当设计累计标准轴次小于12×106的公路可采用低限值；当设计累积标准轴次超过12×106的公路可采用中值；主要行驶重载车辆的公路应用高限值。

某一具体公路应采用一个值，而不用某一范围。

对于底基层：

二级以下公路可取低限值；行驶重载车辆的公路，应取较高的值；二级公路可取中值；行驶重载车辆的二级公路应取高限值。

某一具体公路应采用一个值，而不用某一范围。

1.2路面设计参数与材料组成设计抗压强度关系

1.2.1．水泥稳定类基层的重要特点之一是强度和模量随龄期的增长而不断增长，逐渐具有一定的刚性性质。

由于材料的强度不仅与材料品种有关而且与养生、龄期、级配组成有关。

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的规定，材料组成设计一般以7d的无侧限抗压强度为准，而路面设计中以龄期为90d的材料抗压弹性模量，抗弯拉强度或劈裂强度为依据。

材料在标准条件下7d、28d的无侧限抗压强度与抗压弹性模量Ep，劈裂强度σsp劈裂模量Ep参数之间有何关系呢？

邓学均、黄晓明在《路面设计原理与方法》一书中总结了水泥稳定碎石抗压强度（R），抗压回弹模量（Ep）、劈裂强度（σsp）和劈裂模量（Esp）与龄期的关系见表2

表2水泥稳定碎石与龄期关系

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按照水泥7d与28d强度增长规律推定，对于普通水泥一般情况R7/R28≤60%。

使用普硅水泥稳定基层7d与28d强度关系可按混凝土抗压强度换算公式估算：

lg7/lg28=0.584，即对应7d无侧限抗压强度值约为4.49×0.584=2.62Mpa。

如果使用矿渣水泥，按水泥强度增长规律推定，则R7/R28=45%，若按45%计算时，其对应7d无侧限抗压强度约为4.49×0.45=2.02Mpa。

可见在进行设计时如果取Ep=3097Mpa，σsp=0.634Mpa，Esp=926Mpa。

则7d无侧限抗压强度强度只需2.02Mpa-2.62Mpa就可以满足要求。

1.2.2长安大学张嘎吱、沙爱民关于《水泥粉煤灰稳定碎石基层的龄期和强度》的研究中，对于水泥粉煤灰稳定碎石基层，给出了几个关键性能指标。

即7d龄期抗压强度值、设计龄期和设计龄期时的参数值。

选用五种水泥粉煤灰稳定碎石基层级配见表3

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水泥粉煤灰稳定碎石基层7d龄期抗压强度值、劈裂强度值及抗压回弹模值见表4、表5、表6：

表4水泥粉煤灰稳定碎石基层7d龄期抗压

强度值Mpa

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结果分析：

以上数据显示在给定原材料条件下，水泥粉煤灰稳定碎石基层劈裂强度σ0.95处在0.45Mpa-0.88Mpa之间，因此基层劈裂强度设计区间为0.45Mpa-0.9Mpa；水泥粉煤灰稳定碎石基层抗压回弹模量Ep0.95处在1035Mpa-1290Mpa之间，因此基层抗压回弹模量参考设计参数区间为100Mpa-1300Mpa。

水泥粉煤灰稳定碎石基层7d无侧限抗压强度R0.95处在2.06Mpa-3.99Mpa之间，因此基层抗压强度标准宜取2Mpa-4Mpa。

1.2.3．选用同一碎石级配进行试验

配比分别为：

水泥：

粉煤灰：

碎石=5：

10：

85和水泥：

碎石=5：

95进行试验，结果见表7、表8。

表7水泥粉煤灰稳定碎石力学特性与龄

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结果分析：

对于表7水泥粉煤灰碎石如果按7d/28d=45%估算。

则7d强度为5.78×0.45=2.60Mpa。

对于表7水泥稳定碎石基层如果按lg7/lg28=0.584换算，7d无限抗压强度应为：

4.32×0.584=2.52Mpa。

可见如果水泥稳定碎石基层设计90d的Ep取1295Mpa，则7d强度取2.52Mpa就能满足要求；如果水泥粉煤灰稳定碎石基层设计90d的Ep取1028Mpa，则7d强度2.60Mpa就能满足要求。

2结论：

从以上结果分析可知，当基层劈裂强度设计区间为0.45Mpa-0.9Mpa，抗压回弹模量参考设计参数区间为1000Mpa-1300Mpa，水泥粉煤灰稳定碎石基层7d无侧限抗压强度R0.95处在2.06Mpa-3.99Mpa，水泥稳定碎石基层7d无侧限抗强度为2.60Mpa，2.52Mpa，故水泥稳定碎石基层7d无侧限抗压强度取2Mpa-.4Mpa可满足设计要求。

2.1原材料级配及配合比对基层强度及路面性能的影响

2.1.1水泥剂量与强度关系

在原材料一定的情况下，一旦确定了水泥稳定碎石（砂砾）的级配曲线，水泥稳定基层的7d无侧限抗压强度在其他条件相同情况下，会随着水泥剂量的增加而增长。

2.1.2水泥剂量与水泥稳定碎石基层收缩裂缝关系

通过干缩及温缩试验数据可知：

水泥剂量越大，干缩系数及温缩系数越大，所以水泥稳定基层应控制其最大水泥用量，一般不超过6%，水泥剂量与温缩系数、干缩系数关系见下表9水泥稳定碎石水泥剂量与温缩系数、干缩系数关系（见表9）

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2.1.3.水泥稳定类基层强度对沥青路面性能的影响

同济大学孙立军教授在重交通路面设计施工新理论中提出：

沥青路面设计应增加抗剪设计，在对沥青路面新出现的破坏形式调查、研究、分析后发现，沥青路面出现自上而下的开裂现象，主要原因是由于沥青路面受剪力过大造成的。

由于水泥稳定基层随水泥剂量的增加，抗压强度增大，抗剪模量也增大，使路面面层所承受的剪力也随之增大。

当沥青路面的剪应力不足抵抗车辆荷载施加的剪力时，即造成沥青路面自上而下的裂缝，以及使沥青路面在上面层10cm以内易出现车辙现象。

基层的抗剪模量设计时一般取1000Mpa-1300Mpa，作为沥青面层沥青混合料的抗剪应力应与基层相匹配。

所以基层的强度不能过高，应控制最高强度值以减少沥青面层病害的发生。

2.1.4原材料质量、级配对强度及收缩裂缝的影响

在《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000中给定的级配范围见表10水泥稳定土颗粒组成范围。

此级配属于悬浮密实结构类型，况且级配范围太宽，对基层施工质量控制不利。

我们在长垣至封丘高速公路及安阳至南乐高速公路上设计的基层配合比为：

水泥：

碎石=5：

100，碎石级配范围见表11水泥稳定碎石颗粒组成范围。

主要是通过减少19mm以上粒径用量，以减少施工中离析现象。

减少4.75mm及0.075mm以下含量来实现减少收缩裂缝，不仅强度能满足规范要求而且能使摊铺质量均匀，在防止基层产生收缩裂缝上也取得了较好的效果。

2.1.5加强施工管理实现设计强度要求

在施工中，为了满足设计强度要求应首先控制集料的质量。

压碎值、含泥量应满足技术要求，控制级配中0.075mm以下含量；应控制施工含水量宜大于最佳含水量0.5%-1.0%范围内；控制施工过程中产生的离析现象；控制压实度满足要求；控制施工碾压时间并做好延迟时间试验，精心施工精心组织来满足设计强度要求。

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2.1.6走出水泥稳定碎石基层施工的误区

很长时间以来，很多施工单位在水泥稳定碎石基层施工中，存在着一个误区，认为集料级配只要符合规范就行，而不注意对级配的优化及集料质量控制；为了达到规范要求的强度，随意增加水泥用量致使基层产生裂缝严重；为了满足验收钻芯要求，认为基层强度越高越好、强度越高承载力越强，而忽视了与沥青面层模量匹配的原则，致使沥青面层产生自上而下的裂缝及车辙现象，所以本规范规定了7d强度上限值。

2.1.7建议高速公路水泥稳定类基层强度的确定

综上所述，为了避免沥青路面反射裂缝，规定水泥稳定类基层水泥剂量不大于6%。

为了防止路面自上而下的裂缝及车辙现象，7d强度取值应合适，且限制最高强度值。

依据以上试验数据，7d强度值分别为2.06Mpa-3.99Mpa及2.52Mpa、2.60Mpa，所对应的劈裂强度及回弹模量即能满足设计要求。

故本规范规定当累计当量轴次小于1200×104时，水泥稳定类基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度为3-4Mpa之间，不得超过5Mpa；水泥稳定类底基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度为1.5Mpa-2Mpa，上限不得大于3Mpa。

当车道累计当量轴次大于1200×104时，水泥稳定类基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度应在4Mpa-5Mpa之间，不得超过6Mpaa；水泥稳定类底基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度为2Mpa-3Mpa，最大不得大于4Mpa。

考虑到今后交通量越来越大、重车越来越多。

故规定交通量大，重车多时取高值，一般情况取中、低值。

本研究的最终目的是使我省公路水泥稳定基层能与沥青路面模量相匹配；各层之间粘接力好，表面糙而不光；芯样糟而不散且能满足验收强度要求。

使我省公路工程质量更上一层楼。

参考文献

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[2]公路路基路面基层施工技术规范JTJ034--2000

[3]沙爱民，胡力群等。

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公路工程混合料配合比设计与试验技术手册人民交通出版社2001.8

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路面设计原理与方法人民交通出版社2001.5

[6]孙立军沥青路面新技术讲座讲稿汇编　中国公路学会道路工程分会2005.11

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沥青路面设计　人民交通出版社20012.6

[8]张嘎吱，沙爱民。

水泥粉煤灰稳定碎石基层的龄期和强度公路交通科技第22卷第6期2005.6.